Révisions Orga 2014 2015 - CURK

RÉVISIONS DE SYNTHESE ORGANIQUE 2014 2015
I- MODIFICATION DES CHAÎNES CARBONÉES
1- Création de liaison C-C par action d’un C nucléophile sur un C électrophile
1-A DÉFINITION DES ORGANOMAGNÉSIENS
1-B PROPRIÉTÉS DES ORGANOMAGNÉSIENS
1-C STRUCTURE DES ORGANOMAGNÉSIENS
1-D- RÉACTIVITÉ DES ORGANOMAGNÉSIENS
2- Rupture de liaison CC : HO-C-C-OH ou C=C
2-A BILANS
2-B MÉCANISMES
Le clivage oxydant du diol α par IO4
L’obtention du diol α ( non isolé) par action de OsO4 catalytique sur un alcène
Cycle catalytique du clivage oxydant de l’alcène par OsO4 catalytique + NaIO4
-
II-CONVERSION DE GROUPES CARACTÉRISTIQUES
Présentation des groupes caractéristiques en classes d’oxydation
1- Conversions par oxydoréduction
1-A LES OXYDATIONS
Oxydation des alcènes diol α
Oxydation des alcools en aldéhyde, cétone ou acide carboxylique
Oxydation des aldéhydes en acides carboxyliques
1-B LES RÉDUCTIONS
Obtention des organomagnésiens : de R-X à R-Mg-X.
Réduction des aldéhydes et cétones en alcools
2- Conversion au sein d’un même groupe rédox
2-A SUBSTITUTIONS NUCLÉOPHILES SUR LES R-X
2-B ELIMINATIONS SUR R-X ET ALCOOLS
2-C ADDITIONS NUCLÉOPHILES SUR C=O
ALCOOLS, ETHERS, ÉPOXYDE
ALCÈNES
HÉMIACÉTALS ET ACÉTALS
3- Activation ou protection de fonctions
3-A PROTECTION DU GROUPE ALCOOL
Obtention de l’acétal de la DHP
Obtention d’éthers par Williamson
Obtention d’éther silylé
3-B PROTECTION DU GROUPE C=O DES ALDÉHYDES ET CÉTONES
3-C PROTECTION DES DIOLS α
3-D ACTIVATION DE FONCTIONS
-
Activation nucléophile des alcools
R-O
Activation électrophile des alcools meilleur gpe partant
+
Activation électrophile de C=O des aldéhydes et cétones par H
RÉVISIONS DE SYNTHESE ORGANIQUE 2014 2015
Ceci est une trame, bâtie sur le plan du cours de cette année scolaire de PC*. Il est bien sûr indispensable que pour
chaque réaction vous consultiez votre cours de l’an passé, et retravailliez les exercices associés.
Vous retrouverez tous les éléments présents dans ce topo de révision dans le cours de synthèse organique de cette
année, au moment où nous complèterons vos connaissances sur chaque sujet.
Votre cours de chimie organique est orienté pour vous permettre de créer ( ou d’analyser ) des stratégies de synthèse
organique. Ainsi, il est construit en 2 grands chapitres : modification des chaînes carbonées, et conversion des
groupes caractéristiques.
I- MODIFICATION DES CHAÎNES CARBONÉES
Il s’agit ici, de créer des liaison C-C, avec allongement de chaîne, ou de construire des cycles, ou encore de couper
des liaisons C-C.
1- Création de liaison C-C par action d’un C nucléophile sur un C électrophile
Les organomagnésiens RMgX sont porteurs d’un carbone nucléophile, et synthétisés dans ce seul but. Ils sont un cas
particulier parmi des organometalliques
1-A DÉFINITION DES ORGANOMAGNÉSIENS
On appelle organométallique tout composé présentant une liaison C – Métal
Exemples : CH3 – CH2 – Mg – Br
CH3
organomagnésien
CH3 – Zn – Br
Pb-(-CH2 – CH3 )4
CH3 – Cd – CH3
Cu , Li
CH3
organozincique
Plomb tétra éthyl
Organocadmien
organocuprate lithié
1-B PROPRIÉTÉS DES ORGANOMAGNÉSIENS
Ils sont tous fabriqués dans un seul but : LE METAL DONNE AU CARBONE LIE UNE POLARITE δ
-
Le doublet de la liaison C
δ
-
Par exemple CH3 – CH2 – MgBr
Base
Métal est alors à la fois BASIQUE et NUCLEOPHILE
δ
+
/ CH3 – CH2 – H
acide
( l'acide est un alcane : pKA ≈ 40 )
Pour tous , les acides conjugués étant des alcanes ( ou alcènes , ou alcynes ) , ce sont des BASES TRES FORTES.
Toutefois, en absence de tout proton acide, ce doublet C – Métal a des PROPIÉTÉS NUCLÉOPHILES TRÈS
MARQUÉES.
1-C STRUCTURE DES ORGANOMAGNÉSIENS
R
Mg
Le magnésium présente deux lacunes électroniques .
R
Dans cet état il est instable et impossible à obtenir.
Il n'existe que stabilisé par solvatation, en présence de DOUBLETS D'ÉLECTRONS appartenant au solvant :
S
R
Mg
X
où S est un solvant, INDISPENSABLE , donneur de doublet
S
Ainsi stabilisé, le magnésium est tétravalent (règle de l'octet respectée )
1-D- RÉACTIVITÉ DES ORGANOMAGNÉSIENS
Les organomagnésiens permettent d'allonger les chaînes carbonées, par création de liaison C – C en réagissant, par
addition nucléophile, sur les
♦Aldéhydes et cétones
R
1
δ
R
+
O
R
2
+
- +
O MgX
1
addition nucléphile
R
MgX
éther anhydre
1° étape, milieu anhydre
+
R
OH
H2O , H
A/B
2
R (sel) R
1
R
2
R
+ Mg2+ + X
-
2° étape , hydrolyse acide
On a donc créé une liaison C-C au niveau du C électrophile du groupe carbonyle C=O, groupe qui a disparu, se
transformant en alcool, au minimum secondaire.
♦CO2
addition
nucléophile
O
C+
δ
O
+
R
−
δ
MgX
éther anhydre
O
H2O , H+
R
-
O MgX
(sel)
+
A/B
O
R
2+
+ Mg + X
OH
-
acide carboxylique
On remarquera que RMgX n'agit donc que sur des composés ELECTROPHILES et INSATURES ( liaison π ou cycle ),
par addition nucléophile.
2- Rupture de liaison CC : HO-C-C-OH ou C=C
La réaction présentée ci-dessous restera la seule de votre programme des 2 ans de classe préparatoire ( il en existe
d’autres, hors programme )
2-A BILANS
Les diols α, de structure HO – C – C – OH , indépendamment des autres groupes portés par les carbones, subissent
+
une coupure par oxydation par Na ,IO4 .
Exemples de clivages oxydants de diols α par NaIO4 :
OH
O
NaIO4
+ NaIO3
+ H2O
O
OH
OH
NaIO4
O
O
+
+ NaIO3 + H2O
OH
L’extraordinaire réside dans la NON-oxydation des aldéhydes en acides carboxyliques.
Toutefois, comme les diols-α sont obtenus le plus fréquemment à partir d’alcènes, par oxydation par le tétraoxyde
d’osmium OsO4, et comme OsO4 est extrêmement toxique et coûteux, on peut opérer ce clivage directement à partir
des alcènes, par action successive d’une quantité catalytique de OsO4 puis action de NaIO4 .
Exemple de clivage oxydant d’alcène par OsO4 catalytique + NaIO4 :
+
2 NaIO4
O
OsO4 catalytique, -20°C
+
O
+ H2O
NaIO3
O
O
(solvant hétérogène)
2-B MÉCANISMES
Le clivage oxydant du diol α par IO4
-
H
OH
O
O
-
O
O
O
O
add Nu
O
+
O
+VII
-
H
O
O
O
-
+VII
A/B
I
I
+
OH
O
+
-
+
I
élim.
O
HO
+
O
-
O
H
+VII
A/B
O
O
+
O
I
O
O
-
clivage
rédox
H2O
+
O
+VII
I
O
O
+V
O
O
-
-
L’obtention du diol α ( non isolé) par action de OsO4 catalytique sur un alcène
H
H
O
O
O
+
O
O
redox
+VI
Os
Os
O
O
O
OH
2 H2O
HO
+
hydrolyse
O
OH
O
Os
HO
O
+VI
+VIII
O
H
H
Cycle catalytique du clivage oxydant de l’alcène par OsO4 catalytique + NaIO4
O
NaIO3 + H2O
O
O
Os
O
O
O
O
NaIO4
Os
NaIO3
O
H
O
HO
Os
OH
O
O
O
-
O , Na+
I
O
H
HO
H
O
H
H2O
NaIO4
O
OH
H
2 H2O
O
H
II-CONVERSION DE GROUPES CARACTÉRISTIQUES
Présentation des groupes caractéristiques en classes d’oxydation
Tous les groupes caractéristiques de votre programme de chimie peuvent se classer dans différents groupes formels
d'oxydo réduction.
La transformation d'un produit en un autre, au sein du même groupe, ne fait pas appel à une réaction d'oxydoréduction (addition, substitution, hydrolyse, hydratation etc. ).
Par contre un changement de groupe se fait par oxydation ou réduction, obligatoirement et donc l’emploi d’un réactif
oxydant ou réducteur est nécessaire…
Une oxydation se traduit par l'augmentation du nombre de liaison avec un élément électronégatif (O ou X) au
détriment de liaisons C- H ou C- C , ou par la perte de H2 .
Une réduction se traduit par une addition de H2 en général.
Une déshydratation qui diminue le nombre de liaison
avec un élément électronégatif crée aussi une insaturation et n’est donc pas une réduction (voir tableau qui suit).
Groupe 1
Alcane
RMgX
Groupe 2
Alcène
Groupe 3
Alcyne
Groupe 4
Groupe 5
Alcool
Aldéhyde
Ac.carboxylique
Ether
Cétone
Ester
R-X
Acétal
Hémiacétal
Amide
CO2
Chlorure d'acyle
Epoxyde
Diol
X-C-C-OH
Nomenclature : Merci de visiter la page http://www.annecurkpucheu.fr/Cours/Nomenclature.html#Notions_des_cours
pour réviser votre nomenclature, qui doit être maîtrisée sur le bout des doigts…ou toute autre référence de votre
choix.
1- Conversions par oxydoréduction
1-A LES OXYDATIONS
Rappel : la combustion de tout produit organique conduit à la formation de H2O et CO2, état maximal d’oxydation du
carbone. Une combustion est donc une oxydation totale.
Les oxydations intéressantes sont celles qui sont maîtrisées, permettant de passer d’une fonction d’un groupe i à une
fonction d’un groupe i+n
Oxydation des alcènes
H
diol α
CH3
OsO4 catalytique
O
H3C
H
H2O
+
HO
H
H3C
-
+
H
+ son énantiomère
N
O
oxyde d'amine tertiaire
ici, N oxyde de la N-méthyl morpholine ou NMO
O
OH
CH3
N
Le cycle catalytique est le suivant :
HO
O
O
OH
Os
+
O
CH3
H3C
O
+VIII
CH3
H3C
N
O
CH3
O
Os
+
H2O
O
O
+
O
-
O
NMO
N
+VI
O
CH3
CH3
H3C
Le mécanisme de la première étape d’oxydation a été rappelé p5, § 2 B, par un mécanisme concerté.
Oxydation des alcools en aldéhyde, cétone ou acide carboxylique
R1
R2
C
[O]
OH
RIEN
Un alcool tertiaire n'est pas oxydable
R3
R1
R2
C
[O]
C
OH
C
O
Un alcool secondaire donne une cétone
R2
H
H
R
R1
OH
O
[O]
R
O
ou (et)
C
OH
H
O
[O]
C
C
H
H
H
R
OH
CH2
O ou (et)
CH
HO
ou
C
O
CO2
+
H2O
OH
HO
H
Les alcools primaires ou le méthanol peuvent donner lieu à des oxydations plus ou moins poussées.
Si seule une liaison C-H est oxydée, on parle d'oxydation ménagée ou douce .
• Nature de [O] en Oxydation ménagée : on
obtient des aldéhydes
1-On peut réaliser une déshydrogénation sur catalyseur métallique chaud (Cu métal) en phase gaz.
C2H5
OH
Cu
200°
C2H4
O + H2
IL N’A PAS D’OXYDANT PRESENT…
2-On peut utiliser le réactif de Sarret, oxydant doux , dans deux versions ANHYDRES possibles :
♦ CrO3+HCl +pyridine , le tout dans le solvant CH2Cl2 : c’est du Chlorochromate de pyridinium = PCC
Corey);
+
3+
formule du PCC : pyH CrO3Cl , (dans le couple CrO3/Cr )
(Sarret-
♦ CrO3 + pyridine , le tout dans le solvant CH2Cl2 : le milieu reste basique ce qui peut être utile parfois, selon les
3+
autres fonctions présentes dans la molécule ( même couple CrO3/Cr ) ( Sarret-Collins)
La réaction s'équilibre comme une réaction classique d'oxydo-réduction.
Ces conditions permettent donc d'obtenir des aldéhydes à partir d'alcools primaire ou de méthanol. Elles permettent
aussi d'obtenir une cétone à partir d'un alcool secondaire, mais cette dernière transformation pouvant se faire à
moindre coût autrement (voir ci-dessous), elles sont rarement employées dans ce sens.
Mais
CH3 – CH(OH) – CH2OH ----- CrO3, pyridine ----->
CH3 – (C=O) – CH=O
3- Un alcool primaire allylique C=C-C-OH est plus oxydable que tous les autres : un oxydant très doux
comme MnO2 ( dans le pentane ou CHCl3 ) peut l'oxyder en aldéhyde, alors que les alcools secondaires, voire
primaire "ordinaire" restent inact :
Exemple :
CH3-CH(OH)-CH2-CH=CH-CH2-OH
---- MnO2 , pentane --
CH3-CH(OH)-CH2-CH=CH-CH=O
• Nature de [O] transformant les alcools primaires en –COOH, et les secondaires en cétone:
-
2-
Tous les oxydants classiques et en particulier MnO4 ,Cr2O7 , tous deux en milieu acide ,HClO, H2O2 .
♦ Le réactif de Jones : CrO3 + H2SO4 dans le solvant acétone, est un oxydant puissant mais néanmoins inerte /
insaturations, contrairement au permanganate, à l’eau de Javel ou à H2O2…
-
Exercice : Équilibrer la réaction de MnO4 sur le propan1,2 diol .
Oxydation des aldéhydes en acides carboxyliques
Il est évident que si les alcools primaires s’oxydent en acides carboyliques avec les oxydants classiques, ou le réactif
de Jones, alors c’est parce que ces mêmes oxydants sont capables de transformer les aldéhydes en acides
carboxyliques.
Donc :
R-CH=O
+
-
2-
MnO4 ou Cr2O7 ou HClO ou H2O2 ou CrO3 + H2SO4 dans le solvant acétone
R – COOH
1-B LES RÉDUCTIONS
Obtention des organomagnésiens : de R-X à R-Mg-X.
Bilan :
éther
R
X +
O
Mg
R
Mg
X
ou THF
O
ANHYDRES
R
C C MgX
Seuls les organomagnésiens dérivés d'alcynes :
se synthétisent autrement , voir plus loin .
♦Comme il l'a déjà été mentionné , les organomagnésiens ne tolèrent aucun acide : l'eau ayant un pKe = 14 , est
largement trop acide pour un organomagnésien. Elle est interdite, d'où la nécessité du milieu anhydre.
♦ Comme il l'a déjà été mentionné, le magnésium nécessite un solvant donneur de doublets libres pour exister
(tétravalence) . Le solvant typique est le diéthyl oxyde ( ou éther ).
♦Le R du dérivé halogéné peut être une chaîne carbonée quelconque : alkyl , phényl , vinyl . Toutefois , si la réaction
est aisée avec les alkyls et phényls, elle est plus délicate avec les vinyls :
O , anhydre
Le THF à Teb élevé et dont les doublets sont stériquement
+ Mg
X
MgX
+ disponibles est quasi obligatoire
Le THF a une température d’ébullition > à celle de l’éther ( ou diéthyloxyde ) , donc la synthèse de l’organomagnésien
au reflux du solvant s’opère à une température plus élevée qu’avec l’éther, ce qui permet un apport supplémentaire
d’énergie, et favorise donc CINETIQUEMENT la réaction, au delà des doublets plus disponibles qui stabilisent le
produit de la réaction et la favorisent THERMODYNAMIQUEMENT.
♦O2 et CO2 réagissent avec les organomagnésiens ; on peut donc tenter de se prémunir contre cette réaction
2parasite par un balayage de N2 et (ou) une garde à CaCO3 qui piège CO2 gaz ( selon CO3 + H2O + CO2
2 HCO3 )
Voici le montage typique pour l'obtention d'un organomagnésien
agitation mécanique
garde à CaCO3
solution concentrée
réfrigérant à boules
(éther + RX)
solution diluée (éther + RX)
=> RMgX : trouble verdâtre
N2
bain de glace ( sécurité )
magnésium métal ( Mg)
en copeaux
(facultatif)
Les réactions parasites
Lors de l'obtention d'un organomagnésien, qui a donc lieu en présence du réactant R – X , il peut intervenir les 2
équilibres suivants :
Equilibre de Schlenk :
2 R – Mg – X
= R – Mg – R
Couplage de Wurtz : R – Mg – X + R – X
+ MgX2 précipité
R–R
contre lequel ….on ne peut rien !
+ MgX2 précipité qui peut être évitée :
Pour éviter cette réaction de couplage, il suffit de verser progressivement R – X dans le milieu, de telle sorte que sa
concentration soit toujours faible , et que la vitesse de cette réaction soit minimale.
Remarque : Il arrive que l'on provoque volontairement le couplage de Wurtz pour allonger une chaîne carbonée ( Exceptionnel ! )
L'action des acides : Tous les acides produisent la destruction d'un organomagnésien par réaction Acide/Base:
Quelque soit leur pKa < 40
A–H
acide1
+
R – MgX
base2 ( R )
organomagnésien
R–H
acide2
alcane
+
-
(A ) MgX
sel1
+
Exemples :
pKa = 14 H
pKa = 18 R'
O
H
+
R
MgX
O
H
+
R
MgX
A/B
totale
A/B
totale
R
H
+
(HO) MgX
R
H
+
(R'O) MgX
R
H
+
(R'COO) MgX
O
R'
C
O
H
+
R
MgX
pKa =25 R'
C
C
H
+
R
MgX
pKa =4
A/B
totale
A/B
R
totale
H
+ (R'C
C ) MgX
ou R'C
C MgX , organomagnésien
Cette dernière réaction est la seule qui soit intéressante, car elle permet de fabriquer un organomagnésien à partir
d'un alcyne terminal (dit alcyne vrai )
Réduction des aldéhydes et cétones en alcools
Action de NaBH4 en solvant protique qui participe à la réaction ( ex :C2H5OH ) sur un aldéhyde ou une cétone :
Mécanisme
OC2H5
H3B
H , Na
+
C
O
+ H
H2B
OC2H5
+
H , Na +
CH
¼ NaBH4
+
R1R2C=O
+
C2H5OH
O
+ H
OC2H5
OH
B(OC2H5)4 , Na
Bilan :
C
+-
+ 3
CH
¼ Na B(OC2H5)4 +
OH
R1R2CH-OH
Ces réactifs ont une action chimiosélective :
•Les alcènes sont insensibles à leur action car non polarisés.
•NaBH4 n’a aucune action sur les esters, alors que LiAlH4 est capable de réduire les esters, ce qui sera vu
plus tard.
2- Conversion au sein d’un même groupe rédox
Nombre des ces réactions ont pour mécanisme les substitutions nucléophiles et les éliminations. L’essentiel de ces
réactions de conversion a donc été étudié dans le chapitre SN / E : on s’y reportera pour retrouver les précisions
nécessaires.
2-A SUBSTITUTIONS NUCLÉOPHILES SUR LES R-X
ALCOOLS, ETHERS, ÉPOXYDE
Obtention d’alcool à partir d’un dérivé halogéné :
Conditions expérimentales sur un exemple :
Mécanisme :
Stéréochimie :
Obtention d’éther symétrique à partir d’alcool primaire :
Conditions expérimentales sur un exemple :
Mécanisme :
Stéréochimie :
Obtention d’éther dissymétrique à partir d’un dérivé halogéné et d’un alcool :
Conditions expérimentales sur un exemple :
Mécanisme :
Stéréochimie :
Obtention d’époxyde à partir d’un alcool α halogéné :
Conditions expérimentales sur un exemple :
Mécanisme :
Stéréochimie :
2-B ELIMINATIONS SUR R-X ET ALCOOLS
Obtention d’alcène à partir de dérivés halogénés :
Conditions expérimentales sur un exemple :
Mécanisme :
Stéréochimie :
Régiosélectivité :
ALCÈNES
Obtention d’alcène à partir d’alcools :
Conditions expérimentales sur un exemple :
Mécanismes :
Stéréochimie :
Régiosélectivité :
2-C ADDITIONS NUCLÉOPHILES SUR C=O <=> HÉMIACÉTALS ET ACÉTALS
Obtention d’hémiacétals et acétals, à partir de cétone ou aldéhyde + alcool
Mécanisme :
Le carbone électrophile de l’aldéhyde ou de la cétone n’est pas suffisamment réactif vis à vis de la faible nucléophilie
d’un alcool => nécessité d’activer le groupe C=O par une catalyse acide, INDISPENSABLE , en première étape :
H+
+
+
OH
C
O
O
+
HO
H
addition nucléophile
A/B
HO
O
+
HO
OH
hémiacétal
A/B : prototropie
H2O
+
+
C
O
élimination
+
O
addition
nucléophile
H2O
+
O
OH
A/B
O
+
O
H
+
H
+
O
acétal
O
Le mécanisme est une succession d’étapes toutes équilibrées : il s’agit donc d’une réaction en équilibre. Pour la
rendre totale, on peut éliminer l’eau formée au fur et à mesure, grâce à un ingénieux appareil
Appareillage de Dean Stark :
Grâce à cet appareil, l’équilibre
d’acétalisation peut être déplacé vers
la droite par élimination du produit
H2O.
Les graduations permettent de
surveiller le niveau de la phase
aqueuse pour stopper la réaction
lorsqu’il ne monte plus.
Le robinet permet d’éliminer vraiment
l’eau , de telle sorte qu’il n’y ait pas
de risque qu’elle retourne dans le
ballon
retour de la phase la moins
dense dans le ballon
phase la plus dense éliminée,
souvent , H2O produit
réactifs,
produits
+
solvant
organique
hétéroazéotrope => élimination de H2O
5
4
6
5
7
3
8
3
2
9
2
1
10
1
6
4
7
1
10
=>
8
9
On peut réaliser cette réaction d’acétalisation à partir de diols α : on obtient alors un acétal cyclique, la réaction est
favorisée dans ces conditions. Le diol α classique est l’éthane diol, mais fonctionne avec tous les diols possibles.
+
O
H
+
HO
O
O
+
OH
H2O
O
OH
HO
OH
+
+
H
OH
O
O
+
H2O
Obtention d’aldéhyde ou cétone à partir d’acétal ou hémiacétal
La réaction précédente, en équilibre, est renversable : en partant de l’acétal ou hémiacétal, toujours en catalyse
acide, mais en présence d’un excès d’eau.
Mécanisme :
O
H+
O
O
O
+
H
HO
+
OH
HO
+
élim.
A/B
+
H
OH
C
add.
nucléophile
HO
+
+
élim.
A/B
O
OH
O
OH
A/B
OH
prototropie
O
H2O
OH
+
OH2
O
+
3- Activation ou protection de fonctions
Au cours de synthèses de composés, un réactant dont on souhaite l’action sur un groupe, peut en réalité avoir une
action parasite sur une autre partie de la molécule, action non souhaitée… Il est parfois possible de procéder alors à
une PROTECTION de la fonction que l’on souhaite garder intacte, ou qui gêne l’action spécifique du réactant.
Les méthodes de protection de fonction utilisent soit des réactant spécifiques, soit des réactions détournées à cet
effet. L’important est que la transformation proposée du groupe soit renversable d’une façon ou d’une autre par
rapport au groupe à protéger. La régénération du groupe protégé est appelée déprotection.
3-A PROTECTION DU GROUPE ALCOOL
Obtention de l’acétal de la DHP
But : Obtenir l'organomagnésien de
Br
OH
et le faire réagir sur CO2
Etape 1 : protection de la fonction alcool qui détruirait l'organomagnésien en formation
+
O
H
+
+
OH
ou
O ou
O
+
+
+
CH
CH
Di Hydro Pyrane
DHP
O
ultra minoritaires car peu stables
MAJORITAIRE
car stabilisé par résonance
Br
OH
+
H
+
O
O
Br
O
O
H
+
Br
Etape 2 : Allongement de la chaine carbonée
éther
+
O
O
Mg
anhydre
Br
Mg
Br
O
O
CO2
( carboglace )
O
H2O, H+
O
2+
+ Mg +
O
O
-
O
Br Hydrolyse acide
OH
O
O Mg Br
Etape 3 : déprotection de la fonction alcool
Bilan :
O
O
H+
O
H
O
H2O
O
OH
+
OH
O
OH
H+
O
O
O
O
H2O
O
O
OH
+
OH
H
O
H2O
O
O
+
O
CH
+
+
H
O
OH
+
OH2
+
OH
OH
OH
O H
OH
OH
+
+
+
H
CH
+
OH
O
Obtention d’éthers par Williamson
Cas particulier de la protection du groupe OH du phénol :
OH
K
+
HO
-
-
+
O ,K H C
3
A/B
I
SN2
O
CH3
+
I
-
éther méthylé
Cas général de la protection de tout groupe OH, de tout alcool.
OH
+
-
H
O
-
+
SN1 ou SN2
H2
O
+ I-
I
éther benzylique
La déprotection s’effectue par action de HI, ou BCl3 , acide de Lewis.
Action de H-I sur l’éther méthylé :
H
O
CH3
H
O
I
+
O
CH3
+
I
H
-
+
H3C
I
-
En effet, l’attaque de I est inenvisageable sur le groupe benzène .
Après protonation de l’éther benzylique par H-I :
+
+
H2C
O
CH
+
+
O
H
H
carbocation TOUJOURS plus stable
que celui issu de l'alcool protégé
I
-
Retenir que la structure à 3 liaisons π
du cycle est très stable et tjs conservée
I
La déprotection par BCl3 a lieu selon le mécanisme suivant :
rupture de la liaison la plus fragile, car donnant le C+ le plus stable
3
O
Cl
B
B
O
Cl
+
O
3
Cl
O
Cl
3 H2O
OH
B
+
3
OH
OH
OH
Obtention d’éther silylé
Cette protection / déprotection fonctionne grâce à l’ordre des forces de liaisons suivante : Si – F > Si – O > Si – Cl
Le chlorure de trialkyllsilane Cl – Si (R)3 permet de fixer le groupe -Si(R)3 sur l’oxygène de l’alcool à protéger, par
SN2.
Principe de protection :
R
R
OH
+
Cl
Si
1
R
R
2
R
DMF
R
O
3
N
NH
H
+
Si
1
R
R
2
3
+
Cl
-
-
+
Cl , HN
NH
+
R
imidazole
R
O
Si
1
R
2
3
R
La réaction est plus rapide dans le DMF. Elle peut être menée aussi dans le dichlorométhane, ou le THF, car ainsi le
sel de chlorure d’imidazolium précipite ( meilleure séparation ), mais la réaction y est plus lente.
Principe de la déprotection :
R
R
O
Si
1
R
2
3
R
+
H
R
F
O
+
Si
1
R
2
3
R
+
F
-
F
Si
1
R
2
3
+R
OH
R
R
H
R
En raison des mécanismes SN2, tant de la protection que de la déprotection, la méthode est très sensible à
l’encombrement stérique et permet d’une part de protéger prioritairement les alcools primaires, en utilisant un chlorure
de tri alkyl silane encombré, et d’autre part de déprotéger prioritairement O – Si la moins encombrée, pour la même
raison.
Les groupes trialkylsilanes fréquemment utilisés sont les suivants :
Triméthylsilyle
TMS
t-butyldiméthylsilyle
TBDMS ou TBS
CH3
CH3
Si
CH3
CH3
H3C
CH3
Si
Tri Isopropylsilyle
TIPS
t-butyldiphénylsilyle
TBDPS
CH3
CH3
CH3
CH3
Si
Si
CH3 CH3
CH3
H3C
CH3
CH3
CH3
Ces groupes sont classés ici par ordre de réactivité décroissante, du plus réactif au moins réactif, que ce soit sous
forme chlorure ou sous forme oxyde.
Par exemple le chlorure de TBDMS sera seulement réactif avec un alcool primaire, permettant ainsi de différencier en
protection, un alcool primaire d’un alcool secondaire :
Après la protection de l’alcool primaire, on pourra ici par exemple, oxyder l’alcool secondaire en cétone, puis
régénérer l’alcool primaire, resté intact.
3-B PROTECTION DU GROUPE C=O DES ALDÉHYDES ET CÉTONES
L’acétalisation par l’éthane diol α en catalyse acide, est la méthode classique. Voir § 2-C
+
La déprotection s’effectue par le traitement de l’acétal cyclique par l’eau, en milieu H , Voir § 2-C
La protection est efficace en milieu basique, mais bien sûr pas en milieu acide !
3-C PROTECTION DES DIOLS α
La réaction de protection des C=O peut être inversement utile pour protéger un diol α, en formant un acétal par action
de la propanone en milieu acide. Voir § 2-C ;
3-D ACTIVATION DE FONCTIONS
L’analyse de tous les mécanismes rencontrés montrent que pour exacerber des réactivités préexeistantes, on peut
soit, utiliser un réactif in situ, soit transformer le groupe réactif, en un autre encore plus réactif.
Nous pouvons faire ici le bilan de toutes les méthodes d’activation qui ont été employées :
On entend par activation nucléophile, toute méthode qui exacerbe la capacité nucléophile d’un groupe fonctionnel.
On entend par activation électrophile, toute méthode qui exacerbe la capacité électrophile d’un groupe fonctionnel.
Activation nucléophile des alcools
R-O
-
Méthode :
Exemple type de réaction :
Activation électrophile des alcools
meilleur gpe partant
Méthode 1 : Par un milieu acide
Exemple :
Méthode 2 : Par transformation en tosylate
Exemple :
Méthode 3 : Par transformation en mésylate
Exemple :
Activation électrophile de C=O des aldéhydes et cétones par H
Méthode :
Exemple :
+
EXERCICES DE RÉVISION DE SYNTHÈSE ORGANIQUE 2014 2015
Remarque pour les 5/2 : Aucune réaction d'addition sur les alcènes n'est connue. Plus tard, seules les réactions
d'addition d'eau seront utilisables…( ni H-X, ni X2… ) Merci de vous astreindre à trouver des méthodes conformes à
cette restriction.
1- Stratégie de synthèse
Proposer une méthode de synthèse pour chacune propositions numérotées suivantes. On rappelle que le symbole =>
signifie en chimie "provient de"… On nommera tous les produits et réactifs.
OH
2
1
OH
Br
Cl
3
Br
O
OH
I
4
et
5
OH
O
7
et
6-a
OH
8
O
OH
6-b
OH
6-c
OH
O
O
9-a
9-b
O
Br
Br
Br
2- Analyse de synthèse
Pb 3
FIG. 14 – Rétrosynthèse de la Sphingofungine E
Cette partie permet d’illustrer l’utilisation des sucres en synthèse organique. Les sucres appartiennent au
"réservoir de chiralité" ou "pool chiral", ensemble des molécules chirales naturelles et leurs dérivés disponibles à
faibles coûts. L’idée est d’utiliser la chiralité naturelle des sucres pour synthétiser des molécules plus complexes.
La Sphingofungine E, un agent antifongique isolé à partir d’Aspergillus et de Paecilomyces, est un inhibiteur très
efficace et spécifique de la sérinepalmitoyltransférase.
Sa synthèse peut être réalisée à partir de l’intermédiaire 1 (figure 14). Cet intermédiaire peut être obtenu en 18 étapes
à partir du D-(+)-Glucose. La synthèse du composé 1 est décrite sur la figure 15 page suivante.
1. Le diacétone-D-Glucose 2, synthétisé à partir du D-(+)-Glucose, réagit avec le chlorure de méthoxyméthylène
(CH3OCH2Cl ou MOMCl) en présence de diisopropyléthylamine dans le dichlorométhane pour conduire au
composé 3.
1.1 Proposer la méthode d'obtention du diacétone-D-Glucose 2. Donner la structure du composé 3.
1.2 Donner le mécanisme de la réaction d’obtention de 3.
1.3 Quel est le rôle de la diisopropyléthylamine ?
1.4 Quelle fonction forme-t-on au cours de cette réaction ?
1.5 Proposer une méthode de coupure du groupement protecteur MOM.
2 Le composé 3 réagit ensuite avec un mélange acide acétique / eau pour conduire au diol 4 dont l’une des
fonctions alcool est primaire.
2.1 Donner la structure du composé 4 ( on ne demande aucune justification de la régiosélectivité )
2.2 Donner le mécanisme de la réaction d’obtention de 4.
3 L’étape suivante est la protection sélective de 4 par un groupement benzyle (PhCH2-, également noté Bn) pour
conduire au composé 5.
3.1 Proposer une réaction permettant l’obtention de 5 à partir de 4. On indiquera les réactifs envisagés.
3.2 Justifier la sélectivité observée.
Un enchaînement de réactions permet d’obtenir le composé 7 à partir du composé 5.
OsO4 catalytique
NaIO4
4 Le composé 7 en présence de trichloroacétonitrile (Cl3CCN) et d’une base forte non nucléophile, le
diazabicycloundécène (DBU) dans le dichlorométhane, conduit après hydrolyse au trichloroacétimidate 8.
4.1 Ecrire la formule de Lewis du trichloroacétonitrile.
4.2 Ecrire les formules mésomères du trichloroacétonitrile.
4.3 En déduire le centre électrophile du trichloroacétonitrile.
4.4 Donner la structure de 8.
4.5 Proposer un mécanisme pour cette réaction.
5 Par un réarrangemement d’Overman, le trichloroacétimidate 8 conduit à un mélange de stéréoisomères 9 et 10
avec respectivement un rendement de 60 % et 14%.
5.1 Quelle relation de stéréochimie relie 9 et 10 ?
5.2 Donner la configuration du carbone quaternaire 5 du stéréoisomère 9 d’après les règles de CahnIngold-Prelog.
6 Donner la structure du composé 11.
7 Le composé 12 est obtenu par réaction de Zn(BH4)2 avec le composé 11 dans l’éther diéthylique à 0°C.
Sachant que Zn(BH4)2 a une réactivité similaire à celle de NaBH4 donner la structure de 12.
8 Le composé 12 est traité avec une solution 6M aqueuse d’acide chlorhydrique dans le tétrahydrofurane pour
conduire au composé cyclique 13. Donner la structure du composé 13. proposer une autre méthode moins
agressive.
[…]

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